Análise numérica e otimização de uma célula de carga de ponto único

• Autor(a) principal: Silva, Felipe Thomas Flores da
• Data de Publicação: 2017
• Tipo de documento: Trabalho de conclusão de curso
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFRGS
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10183/165161
• topic: Engenharia mecânica; Load cell; SQP; Numerical simulation; Parametric optimization; Strain gauge

Células de carga são geralmente compostas de uma peça metálica que tem a função de gerar uma deformação proporcional a força aplicada e por sensores (strain gauges), que são responsáveis por converter essa deformação em um sinal elétrico, ligados entre si formando uma ponte de Wheatstone para amplificar o sinal. Muitas células de carga comerciais são construídas para trabalhar longe do seu ponto ideal de tensão e deformação, as vezes por excesso de segurança para sobrecargas ou por falta de um melhor estudo no seu projeto. Este trabalho tem como objetivo o estudo de um modelo de célula de carga comercial de ponto único através de simulação numérica, bem como sua otimização paramétrica. É utilizado um algoritmo de otimização baseado em gradientes (SQP) para realizar as otimizações. Rotinas em Matlab são desenvolvidas com o intuito de acoplar o algoritmo de otimização com a ferramenta de elementos finitos utilizada para as análises estáticas e dinâmicas da célula de carga. Dados referentes aos projetos otimizados obtidos como sensibilidade, massa, deformações e tensões nos locais de colagem dos strain gages e frequências naturais da célula de carga são apresentados e comparações com os respectivos valores do projeto inicial são traçadas. Gráficos de isotensões e isodeformações assim como formas modais da célula de carga também são apresentados. Ao final, para uma configuração com a possibilidade de otimização permitindo o diâmetro interno dos furos da célula de ponto único variar, obteve-se melhorias de redução da massa da ordem de 66% e melhorias no aumento da sensibilidade da ordem de 95%.